本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式涉及一種非易失性存儲(chǔ)裝置。特別涉及具有多個(gè)非易失性存儲(chǔ)元件串聯(lián)配置的三維疊層結(jié)構(gòu)的非易失性存儲(chǔ)裝置。

背景技術(shù)：

1、近年來，隨著對(duì)非易失性存儲(chǔ)裝置需求的增加，使用鐵電體的非易失性存儲(chǔ)裝置的開發(fā)日趨活躍。特別地，使用氧化鉿基鐵電體作為柵極絕緣層的fefet(ferroelectricfield?effect?transistor，鐵電場(chǎng)效應(yīng)晶體管)由于與閃存相比能夠?qū)崿F(xiàn)低功耗和高速動(dòng)作，并且與cmos工藝的一致性高，因此作為實(shí)現(xiàn)以三維堆疊結(jié)構(gòu)集成的高密度存儲(chǔ)裝置的關(guān)鍵設(shè)備而受到關(guān)注。

2、另一方面，隨著鐵電體的發(fā)展，在非易失性存儲(chǔ)裝置中使用反鐵電體的嘗試也在增加。使用圖1后述的反鐵電體的極化特性曲線(p-v曲線)呈連接兩個(gè)磁滯回線的特異形狀，也稱為蝶形曲線。以下，在該蝶形曲線中，縱軸正側(cè)的磁滯回線(圖1中粗線所示的磁滯回線)可以簡(jiǎn)稱為正曲線，縱軸負(fù)側(cè)的磁滯回線可以簡(jiǎn)稱為負(fù)曲線。由于具有這種特殊形狀的極化特性曲線，反鐵電體具有當(dāng)施加電場(chǎng)時(shí)極化并具有磁滯，但當(dāng)電場(chǎng)為零時(shí)極化幾乎為零的特性。因此，簡(jiǎn)單地使用反鐵電體作為柵極絕緣層并不能起到非易失性存儲(chǔ)裝置件動(dòng)作的效果。

3、非專利文獻(xiàn)1至3公開了一種技術(shù)，其中使用反鐵電體作為柵極絕緣層的afefet(anti-ferroelectric?field?effect?transistor，反鐵電場(chǎng)效應(yīng)晶體管)通過使用負(fù)曲線和正曲線中的一個(gè)(以下也稱為“半磁滯回線”)來動(dòng)作為非易失性存儲(chǔ)裝置。具體地說，非專利文獻(xiàn)1公開了一種反鐵電體作為介電層的疊層結(jié)構(gòu)。非專利文獻(xiàn)2公開了一種使用反鐵電體作為柵極絕緣層的igzo半導(dǎo)體溝道的afefet。非專利文獻(xiàn)3公開了一種使用反鐵電體作為柵極絕緣層的硅半導(dǎo)體溝道的afefet。在這些技術(shù)中，通過使用半導(dǎo)體層和柵電極之間的功函數(shù)差、存在于柵極絕緣層中的固定電荷或設(shè)置在柵極絕緣層的界面處的偶極子來移位平帶電壓，從而表面上允許使用蝶形曲線的半磁滯回線進(jìn)行非易失性存儲(chǔ)動(dòng)作。非專利文獻(xiàn)4描述了設(shè)置在各種氧化物層和氧化硅層之間的界面處的偶極子對(duì)平帶電壓的影響。

4、現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

5、非專利文獻(xiàn)

6、非專利文獻(xiàn)1：milan?pesic,taide?li,valerio?di?lecce,michael?hoffmann,monica?materano,claudia?richter,benjamin?max,stefan?slesazeck,uwe?schroeder,luca?larcher?and?thomas?mikolajick,“built-in?bias?generation?in?anti-ferroelectric?stacks:methods?and?device?applications”,journal?of?the?electrondevices?society,volume?6,page(s):1019-1025，(2018年)

7、非專利文獻(xiàn)2：zhongxin?liang,kechao?tang,junchen?dong,qijun?li,yuejiazhou,runteng?zhu,yanqing?wu,dedong?han,and?ru?huang,“a?novel?high-endurancefefet?memory?device?based?on?zro2?anti?ferroelectric?and?igzo?channel”,2021ieee?international?electron?devices?meeting(iedm),page(s):17.3.1-17.3.4,(2021年)

8、非專利文獻(xiàn)3：atanu?k.saha?and?sumeet?k.gupta,“modeling?and?comparativeanalysis?of?hysteretic?ferroelectric?and?anti-ferroelectric?fets”,201876thdevice?research?conference(drc),(2018年)

9、非專利文獻(xiàn)4：koji?kita?and?akira?toriumi,“origin?of?electric?dipolesformed?at?high-k/sio2?interface”,applied?physics?letters94,page(s):132902-1-132902-3,(2009年)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、發(fā)明要解決的問題

2、本發(fā)明人在研究具有氧化物半導(dǎo)體作為溝道并使用鐵電體作為柵極絕緣層的fefet的過程中發(fā)現(xiàn)，具有氧化物半導(dǎo)體作為溝道的fefet存在刪除動(dòng)作不充分的問題。通常，fet中使用的氧化物半導(dǎo)體具有n型導(dǎo)電性，因此大多數(shù)載流子為電子。因此，使用n型氧化物半導(dǎo)體作為溝道的fefet可以在程序動(dòng)作期間在溝道中誘導(dǎo)足夠量的電子以支持柵極絕緣層的極化。然而，使用n型氧化物半導(dǎo)體作為溝道的fefet在刪除動(dòng)作期間不能在溝道中誘導(dǎo)足夠量的空穴(少數(shù)載流子)以支持柵極絕緣層的極化，并且存在刪除動(dòng)作變得不充分的問題。

3、上述現(xiàn)有技術(shù)均未認(rèn)識(shí)到上述氧化物半導(dǎo)體所特有的問題，并未解決在將n型氧化物半導(dǎo)體用作非易失性存儲(chǔ)裝置的溝道的情況下，afefet的刪除動(dòng)作與上述fefet的刪除動(dòng)作同樣不充分的問題。

4、考慮到上述問題，本發(fā)明的目的之一是在包括使用n型氧化物半導(dǎo)體作為溝道的多個(gè)afefet的非易失性存儲(chǔ)裝置中實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的afefet刪除動(dòng)作。

5、解決問題的手段

6、本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中的非易失性存儲(chǔ)裝置包括多個(gè)非易失性存儲(chǔ)元件，所述非易失性存儲(chǔ)元件具備包含金屬氧化物的半導(dǎo)體層、與所述半導(dǎo)體層相對(duì)的柵電極、以及由設(shè)置在所述半導(dǎo)體層和所述柵電極之間的反鐵電體構(gòu)成的柵極絕緣層，構(gòu)成所述柵電極的第一材料的電子親和力小于構(gòu)成所述半導(dǎo)體層的第二材料的電子親和力，并且所述第二材料為n型半導(dǎo)體。

7、本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中的非易失性存儲(chǔ)裝置包括多個(gè)非易失性存儲(chǔ)元件，所述非易失性存儲(chǔ)元件具備包含金屬氧化物的半導(dǎo)體層、與所述半導(dǎo)體層相對(duì)的柵電極、以及由設(shè)置在所述半導(dǎo)體層和所述柵電極之間的反鐵電體構(gòu)成的柵極絕緣層，構(gòu)成所述柵電極的第一材料的電子親和力大于構(gòu)成所述半導(dǎo)體層的第二材料的電子親和力，并且所述第二材料為p型半導(dǎo)體。

8、本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中的非易失性存儲(chǔ)裝置包括多個(gè)非易失性存儲(chǔ)元件，所述非易失性存儲(chǔ)元件具備包含金屬氧化物的半導(dǎo)體層、與所述半導(dǎo)體層相對(duì)的柵電極、由設(shè)置在所述半導(dǎo)體層和所述柵電極之間的反鐵電體構(gòu)成的柵極絕緣層、以及設(shè)置在所述柵極絕緣層和所述柵電極之間的界面層，構(gòu)成所述柵電極的第一材料的電子親和力小于構(gòu)成所述第二材料的電子親和力，所述第二材料為n型半導(dǎo)體，所述界面層由氧化硅構(gòu)成。

9、在上述非易失性存儲(chǔ)裝置中，在構(gòu)成所述半導(dǎo)體層的第二材料為n型半導(dǎo)體的情況下，所述柵極絕緣層也可以具有-2μc/cm2至-1μc/cm2的固定電荷。另外，在表示數(shù)值范圍時(shí)，“a至b”的描述是指“a以上且b以下”。

10、在上述非易失性存儲(chǔ)裝置中，當(dāng)構(gòu)成所述半導(dǎo)體層的第二材料為n型半導(dǎo)體的情況下，所述金屬氧化物可以為sn氧化物或in和zn的復(fù)合氧化物，所述第一材料的電子親和力也可以為4.9ev以下。

11、在上述非易失性存儲(chǔ)裝置中，在構(gòu)成所述半導(dǎo)體層的第二材料為n型半導(dǎo)體的情況下，所述第一材料也可以為n型摻雜的si和/或ge。

12、在上述非易失性存儲(chǔ)裝置中，所述第一材料也可以是金屬材料。

13、在上述非易失性存儲(chǔ)裝置中，在構(gòu)成所述半導(dǎo)體層的第二材料為n型半導(dǎo)體的情況下，所述金屬氧化物可以為in的氧化物或in、ga和zn的復(fù)合氧化物，所述第一材料的電子親和力也可以為4.3ev以下。

14、在上述非易失性存儲(chǔ)裝置中，所述第一材料可以為n型摻雜的si和/或ge。

15、在上述非易失性存儲(chǔ)裝置中，所述第一材料也可以是金屬材料。

16、本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中的非易失性存儲(chǔ)裝置包括多個(gè)非易失性存儲(chǔ)元件，所述非易失性存儲(chǔ)元件具備包含金屬氧化物的半導(dǎo)體層、與所述半導(dǎo)體層相對(duì)的柵電極、由設(shè)置在所述半導(dǎo)體層與所述柵電極之間的反鐵電體構(gòu)成的柵極絕緣層，所述金屬氧化物為sn氧化物或in與zn的復(fù)合氧化物，構(gòu)成所述柵電極的第一材料的電子親和力可以為4.9ev以下。

17、本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中的非易失性存儲(chǔ)裝置包括多個(gè)非易失性存儲(chǔ)元件，所述非易失性存儲(chǔ)元件具備包含金屬氧化物的半導(dǎo)體層、與所述半導(dǎo)體層相對(duì)的柵電極、以及由設(shè)置在所述半導(dǎo)體層和所述柵電極之間的反鐵電體構(gòu)成的柵極絕緣層，所述金屬氧化物是in的氧化物或in、ga和zn的復(fù)合氧化物，構(gòu)成所述柵電極的第一材料的電子親和力為4.3ev以下。

18、在上述非易失性存儲(chǔ)裝置件中，所述反鐵電體可以是由hfxzr1-xo2(0≤x≤0.4)表示的復(fù)合氧化物。

19、在上述非易失性存儲(chǔ)裝置中，所述柵極絕緣層的厚度可以為5nm以上且50nm以下，優(yōu)選為8nm以上且30nm以下，最優(yōu)選為10nm以上且20nm以下。